《机电系统控制工程及应用》课程教学大纲 课程中文名称：机电系统控制工程及应用 课程英文名称：Control Engineering for Mechatronics&Applications 课程编号：ZH16602 课程类型：专业核心课 学时：总学时80、理论课学时40、实验课学时40 学 分：4.5 适用对像：机械电子工程，机电技术教育 先修课程：电工技术，电子技术，传感器与检测技术，单片机原理与应用，机械工 程控制基础，电气控制与PLC,机电一体化技术，电机与电力拖动 课程简介： 《机电系统控制工程及应用》课程是机械电子工程专业的一门专业核心课程。它是 培养机电一体化应用型人才所需电知识的主干课程，是从机电一体化技术需要出发，在 机械电子领域中为培养具有较高的理论知识，又具备一定的分析和解决实际问题能力的 高级技术人才。本课程对实现我校高水平应用型机电类人才的培养发挥着重要的作用， 与《电工技术》、《电子技术》、《传感器与检测技术》、《单片机原理与应用》、《机 械工程控制基础》、《电气控制与PLC》、《机电一体化技术》和《电机与电力拖动》 以及专业技能训练等实践环节共同构成了机电控制类课程的主要内容，由此而构成了机 电控制核心课程群，同时为后面的智能控制与故障诊断方向类课程提供了知识储备，并 打下了良好的基础 本课程集电机、电器、电力电子学、可编程序控制器、自动控制系统于一体的机电 综合性课程。通过本课程的学习，使学生了解机电传动与控制系统的发展动向及最新技 术，开阔学生的视野，使其适应不断发展的现代化生产的需要：掌握机电传动控制必须 的基础理论知识，如：电动机、电器、电力半导体等的工作原理、特性、应用和选用方 法：掌握由继电器-接触器、PLC等组成的常用机电传动控制系统的工作原理、特点、分 析与设计方法：掌握常用的直流调速、交流调速以及伺服控制等各种开环、闭环控制系 统的工作原理、特点、性能以及应用：通过具体的应用实例和试验环节，提高学生分析 和解决实际问题的能力。本课程以工程项目包括产品设计、生产流程和系统从研发到运 行的生命周期为载体，让学生以主动实践的方式学习工程技术，强调在基于项目的反
《机电系统控制工程及应用》课程教学大纲 课程中文名称：机电系统控制工程及应用 课程英文名称： Control Engineering for Mechatronics & Applications 课程编号：ZH16602 课程类型：专业核心课 学 时：总学时 80、理论课学时 40、实验课学时 40 学 分：4.5 适用对象：机械电子工程，机电技术教育 先修课程：电工技术，电子技术，传感器与检测技术，单片机原理与应用，机械工 程控制基础，电气控制与 PLC，机电一体化技术，电机与电力拖动 课程简介： 《机电系统控制工程及应用》课程是机械电子工程专业的一门专业核心课程。它是 培养机电一体化应用型人才所需电知识的主干课程，是从机电一体化技术需要出发，在 机械电子领域中为培养具有较高的理论知识，又具备一定的分析和解决实际问题能力的 高级技术人才。本课程对实现我校高水平应用型机电类人才的培养发挥着重要的作用， 与《电工技术》、《电子技术》、《传感器与检测技术》、《单片机原理与应用》、《机 械工程控制基础》、《电气控制与 PLC》、《机电一体化技术》和《电机与电力拖动》， 以及专业技能训练等实践环节共同构成了机电控制类课程的主要内容，由此而构成了机 电控制核心课程群，同时为后面的智能控制与故障诊断方向类课程提供了知识储备，并 打下了良好的基础。 本课程集电机、电器、电力电子学、可编程序控制器、自动控制系统于一体的机电 综合性课程。通过本课程的学习，使学生了解机电传动与控制系统的发展动向及最新技 术，开阔学生的视野，使其适应不断发展的现代化生产的需要；掌握机电传动控制必须 的基础理论知识，如：电动机、电器、电力半导体等的工作原理、特性、应用和选用方 法；掌握由继电器-接触器、PLC 等组成的常用机电传动控制系统的工作原理、特点、分 析与设计方法；掌握常用的直流调速、交流调速以及伺服控制等各种开环、闭环控制系 统的工作原理、特点、性能以及应用；通过具体的应用实例和试验环节，提高学生分析 和解决实际问题的能力。本课程以工程项目包括产品设计、生产流程和系统从研发到运 行的生命周期为载体，让学生以主动实践的方式学习工程技术， 强调在基于项目的反
复学习训练中，让学生获取知识（自主学习）、共享知识（团队合作）、应用知识（解 决问题)、总结知识（技术创新）、传播知识（沟通交流），特别注意培养现代职业 岗位所需的，时代型，专业型，技术型，技能型的高素质的应用型技术人才。 一、教学目标及任务 1、知识目标：了解现代设计与传统设计的区别与联系，能够撰写常用机电产品设 计任务书，根据任务书要求给出多套设计方案，并对方案进行优选；掌握目前比较成熟 的单片机控制、电机传动与控制、PLC控制和微机控制，能够热练运用与现代控制技术 相关的软件如MATLAB、Proteus等软件，能够综合运用智能控制和故障诊断相关软件解 决一般机电产品的控制和分析问题。 2、能力目标：能根据设计任务书的要求分析问题，设计出合理的方案，具有解决 中等机电控制问题的能力，同时通过本课程的学习提高学生的决策能力、沟通能力、创 新能力、动手能力、管理能力和适应能力。 3、素质目标：团队合作精神和信息搜索、整理、归纳的综合素质， 二、学时分配 章节 教学内容 计划学时*备注 第一单元 绪论 2 第一单元 电机传动与控制技术 20 第三单元 PLC控制技术 20 第四单元 单片机控制技术 16 第五单元 计算机控制技术 16 第六单元 机电控制踪合设计 6 合计 80 *注：本课程采用教学做一体化模式进行授课，计划学时数不是单独依据传统的教师授课学时构 成，由老师教、学生学和做（实际） 三个部分有机组成。 三、教学手段与方式 本课程的主要教学手段为多媒体教学、教师演示与学生操作结合，自主学习部分采 用科研小组进行集体学习。根据专业人才培养目标和应用型人才培养具体要求，以一个 典型机电产品为案例，采取“教学做创”一体化、理实融合的教学模式，具体教学过程 中采用案例教学和项目驱动的方法，明确教师教授的内容、学生学的要求、学生做的内 容，在此基础上综合运用知识进行创新设计，完成一个或多个典型机电控制系统的设计
复学习训练中，让学生获取知识（ 自主学习）、共享知识（团队合作）、应用知识（ 解 决问题）、总结知识（技术创新）、传播知识（ 沟通交流），特别注意培养现代职业 岗位所需的，时代型，专业型，技术型，技能型的高素质的应用型技术人才。 一、教学目标及任务 1、知识目标：了解现代设计与传统设计的区别与联系，能够撰写常用机电产品设 计任务书，根据任务书要求给出多套设计方案，并对方案进行优选；掌握目前比较成熟 的单片机控制、电机传动与控制、PLC 控制和微机控制，能够熟练运用与现代控制技术 相关的软件如 MATLAB、Proteus 等软件，能够综合运用智能控制和故障诊断相关软件解 决一般机电产品的控制和分析问题。 2、能力目标：能根据设计任务书的要求分析问题，设计出合理的方案，具有解决 中等机电控制问题的能力，同时通过本课程的学习提高学生的决策能力、沟通能力、创 新能力、动手能力、管理能力和适应能力。 3、素质目标：团队合作精神和信息搜索、整理、归纳的综合素质。 二、学时分配 章 节 教学内容 计划学时* 备注 第一单元 绪论 2 第二单元 电机传动与控制技术 20 第三单元 PLC 控制技术 20 第四单元 单片机控制技术 16 第五单元 计算机控制技术 16 第六单元 机电控制综合设计 6 合计 80 *注：本课程采用教学做一体化模式进行授课，计划学时数不是单独依据传统的教师授课学时构 成，由老师教、学生学和做（实际）三个部分有机组成。 三、教学手段与方式 本课程的主要教学手段为多媒体教学、教师演示与学生操作结合，自主学习部分采 用科研小组进行集体学习。根据专业人才培养目标和应用型人才培养具体要求，以一个 典型机电产品为案例，采取“教学做创”一体化、理实融合的教学模式，具体教学过程 中采用案例教学和项目驱动的方法，明确教师教授的内容、学生学的要求、学生做的内 容，在此基础上综合运用知识进行创新设计，完成一个或多个典型机电控制系统的设计
四、课程内容体系 《机电系统控制工程及应用》这门课程开设的主导思想实际些学生在前几年的学习 过程中，学习了《单片机原理与应用》、《机械工程控制基础》、《电气控制与PLC》 《机电一体化技术》和《电机与电力拖动》等控制类课程，但是学生对机电系统的控制 部分掌握得不够全面，虽然学过若干课程，但是没有一个系统的、整体的和全局的把握， 很难运用所学的知识设计与分析一个控制系统，本课程以培养学生在机电液控制领域以 微机为主进行控制设计能力的一门课程，本课程主要研究控制系统的建模、微机检测与 控制系统的设计技术、液压控制系统的设计与分析、可编程控制器控制系统的设计与分 析。通过本课程的学习，能够对机电液控制系统具有明确的基本概念，必要的基础知识， 熟练的硬件连结和软件设计能力，一定的分析能力和初步的实践能力，让学生以主动实 践的方式学习工程技术，能够完成典型机电系统控制工程的设计设计和开发。 五、教学评价与考核： 1、形成性评价与终结性评价相结合，形成性评价成绩占总成绩的70%，终结性评 价成绩占总成绩的30%，形成性评价突出操作技能、分析问题和解决问题能力考核，终 结性评价突出理论考核，分阶段进行考核，根据知识段的分量和重要程度，团队教师讨 论决定权重：2、形成性评价内容包括：项目完成情况、平时作业、课堂操作情况等：3、 计算机操作考核与书面考核相结合。 考核成绩表 姓名 班级 学号 专业 单项成绩 考核类别 序号 考核内容 考核方式 (百分制) 权重 考核结果 1 绪论 小论文 0.05 2 电机传动与控步进电机、伺服电 制技术 0.20 机控制 3 小型自动化生产 PLC控制技术 线 0.20 单片机控制技 基于单片机的温 形成性评价 0.20 不 度控制 计算机控制技基于PC的过程控 0.20
四、课程内容体系 《机电系统控制工程及应用》这门课程开设的主导思想实际些学生在前几年的学习 过程中，学习了《单片机原理与应用》、《机械工程控制基础》、《电气控制与 PLC》、 《机电一体化技术》和《电机与电力拖动》等控制类课程，但是学生对机电系统的控制 部分掌握得不够全面，虽然学过若干课程，但是没有一个系统的、整体的和全局的把握， 很难运用所学的知识设计与分析一个控制系统，本课程以培养学生在机电液控制领域以 微机为主进行控制设计能力的一门课程，本课程主要研究控制系统的建模、微机检测与 控制系统的设计技术、液压控制系统的设计与分析、可编程控制器控制系统的设计与分 析。通过本课程的学习，能够对机电液控制系统具有明确的基本概念，必要的基础知识， 熟练的硬件连结和软件设计能力，一定的分析能力和初步的实践能力，让学生以主动实 践的方式学习工程技术，能够完成典型机电系统控制工程的设计设计和开发。 五、教学评价与考核： 1、形成性评价与终结性评价相结合，形成性评价成绩占总成绩的 70%，终结性评 价成绩占总成绩的 30%，形成性评价突出操作技能、分析问题和解决问题能力考核，终 结性评价突出理论考核，分阶段进行考核，根据知识段的分量和重要程度，团队教师讨 论决定权重；2、形成性评价内容包括：项目完成情况、平时作业、课堂操作情况等；3、 计算机操作考核与书面考核相结合。 考核成绩表 姓 名 班 级 学 号 专 业 考核类别 序号 考 核 内 容 考核方式 单项成绩 （百分制） 权重 考核结果 形成性评价 1 绪论 小论文 0.05 2 电机传动与控 制技术 步进电机、伺服电 机控制 0.20 3 PLC 控制技术 小型自动化生产 线 0.20 4 单片机控制技 术 基于单片机的温 度控制 0.20 5 计算机控制技 基于PC的过程控 0.20
术 制 6 机电控制综合 上料机械手 0.15 设计 过程考核总成绩 终结性评价 7 理论考核 闭卷考核 最终成绩（过程考核成绩占70%，期末考核成绩占30%） 六、教学团队 本课程教学团队由本校专职教师和企业兼职技术人员组成，其中企业兼职教师授课 学时不少于总学时的25%，重点指导学生做和创新的内容，教学团队年龄结构、职称结 构要合理，团队成员要热爱本科教学，具有强烈的改革意识和创新精神，教学质量高。 七、学生人数：单班授课，单班不超过35人
术 制 6 机电控制综合 设计 上料机械手 0.15 过程考核总成绩 终结性评价 7 理论考核 闭卷考核 最终成绩（过程考核成绩占 70%，期末考核成绩占 30%） 六、教学团队 本课程教学团队由本校专职教师和企业兼职技术人员组成，其中企业兼职教师授课 学时不少于总学时的 25%，重点指导学生做和创新的内容，教学团队年龄结构、职称结 构要合理，团队成员要热爱本科教学，具有强烈的改革意识和创新精神，教学质量高。 七、学生人数：单班授课，单班不超过 35 人
八、教学内容及教学要求 学 章节（内容） 创 分 教（理论） 学（应用） 做（工程项目》 创（新思维） 考核方式方法 配 1.1.1机电控制系统概念 了解机电控制系统的组成和发 课外通过网络搜索现代控制 在《机械工程控制针对一个汽车电 1.1概述 1.1.2机电控制理论 展，发现机电行业的控制应用实 技术方面的信息，比如PLC 基础》和《单片机 器控制，撰写一 1.1.3机电控制系统的发展 技术，单片机控制技术，DSF 原理与应用》等课 篇小论文，重点 1.2.1机电控制系统的构成 掌握控制系统的主要构成元素， 技术等，尤其是现代控制技 程实验的基础上， 说明经典控制和 1.2机电控制系 1.2.2控制装置及其他 机电控制技术的经典和现代控 术在典型机电产品中的应用 运用现代控制技 现代控制技术对 第一单 统的一般构成 1.2.3机电控制系统基本控 制方法和控制装置。 情况，如汽车、空调、电动 术对以前的课程 于产品设计的区 元绪论 制方法 机等。 设计内容进行重 别与联系，小论 新规划，为下一步 文成绩占总成绩 13.1机电控制系统设计的 掌握机电控制系统的设计步骤 1.3机电控制系 方法 和过程。 方案设计和优化 的5% 统的设计过程 1.3.2机电控制系统设计的 设计打下基础。 步骤 2.1.1机电传动系统的动力 1.掌握机电传动系统的运行规 课堂多媒体教学，实物解剖 电机数学模型的以小车受力模型 学模型的建立 律，并学会分析与判别机电传动 参观电机实验室，结合应用 阶次如何确定？ 为例，利用理论 2.1.2机电传动系统稳定性 系统的运行状态：理解过渡过程 实例进行分析、计算：及时 如何非线性化处 分析建模方法和 2.1机电系统 分析 产生的原因和研究过渡过程的 进行相关实验。 理？如何将控制 实验法建立系统 第二单 传动力学 2.1.3机电系统过渡过程。 实际意义，以及缩短过渡过程的 理论应用到电机 数学模型，占总 元电机 方法。 实例中？ 成绩的5%。 传动与 控制系 2.2.1 直流电机原理 统 1.掌握用实验方法测定直流电 1.拆装直流电机，了解并 在了解电机结构 2.2.2 直流电机结构 机的运行特性，并根据所测得的 认识其组成包括的电 原理的基础上，学 2.2直流电机控 6 2.2.3 直流电机励磁方式 运行特性评定该被试电机的有 刷，换向片，绕组线圈 会利用或控制电 制 2.2.4 直流电机铭牌 2.2.5 直流电机工作原理 关性能。 和主磁极。 机的特性，来实现 2.2.6 直流控制系统设计 2.直流电机的各种运转状态时 进行直流电机控制系统 机电系统的相关
八、教学内容及教学要求 章节（内容） 学 时 分 配 教（理论） 学（应用） 做（工程项目） 创（新思维） 考核方式方法 第一单 元 绪论 1.1 概述 3 1.1.1 机电控制系统概念 了解机电控制系统的组成和发 展，发现机电行业的控制应用实 例。 课外通过网络搜索现代控制 技术方面的信息，比如 PLC 技术，单片机控制技术，DSP 技术等，尤其是现代控制技 术在典型机电产品中的应用 情况，如汽车、空调、电动 机等。 在《机械工程控制 基础》和《单片机 原理与应用》等课 程实验的基础上， 运用现代控制技 术对以前的课程 设计内容进行重 新规划，为下一步 方案设计和优化 设计打下基础。 针对一个汽车电 器控制，撰写一 篇小论文，重点 说明经典控制和 现代控制技术对 于产品设计的区 别与联系，小论 文成绩占总成绩 的 5%。 1.1.2 机电控制理论 1.1.3 机电控制系统的发展 1.2 机电控制系 统的一般构成 1.2.1 机电控制系统的构成 掌握控制系统的主要构成元素， 机电控制技术的经典和现代控 制方法和控制装置。 1.2.2 控制装置及其他 1.2.3 机电控制系统基本控 制方法 1.3 机电控制系 统的设计过程 1.3.1 机电控制系统设计的 方法 掌握机电控制系统的设计步骤 和过程。 1.3.2 机电控制系统设计的 步骤 第二单 元 电机 传动与 控制系 统 2.1 机电 系统 传动力学 4 2.1.1 机电传动系统的动力 学模型的建立 2.1.2 机电传动系统稳定性 分析 2.1.3 机电系统过渡过程。 1. 掌握机电传动系统的运行规 律，并学会分析与判别机电传动 系统的运行状态；理解过渡过程 产生的原因和研究过渡过程的 实际意义，以及缩短过渡过程的 方法。 课堂多媒体教学，实物解剖， 参观电机实验室，结合应用 实例进行分析、计算；及时 进行相关实验。 电机数学模型的 阶次如何确定？ 如何非线性化处 理？如何将控制 理论应用到电机 实例中？ 以小车受力模型 为例，利用理论 分析建模方法和 实验法建立系统 数学模型,占总 成绩的 5%。 2.2 直流电机控 制 6 2.2.1 直流电机原理 2.2.2 直流电机结构 2.2.3 直流电机励磁方式 2.2.4 直流电机铭牌 2.2.5 直流电机工作原理 2.2.6 直流控制系统设计 1. 掌握用实验方法测定直流电 机的运行特性，并根据所测得的 运行特性评定该被试电机的有 关性能。 2. 直流电机的各种运转状态时 1. 拆装直流电机，了解并 认识其 组成 包括 的电 刷，换向片，绕组线圈 和主磁极。 2. 进行直流电机控制系统 在了解电机结构 原理的基础上，学 会利用或控制电 机的特性，来实现 机电系统的相关
的机械特性。 设计，首先画出系统硬功能或性能。 3.掌握无刷直流电机优点和工 件组成图，然后选择主 作原理。 控单元模块，隔离单元 模块，电机驱动模块， 过流保护模块，速度反 馈模块和通信模块。最 后使用Protel画出系统 仿真图。 2.3.1步进电机的分类 1.运用单片机控制步进电机的 1.拆装步进电机。步进机主 利用步进电机接选用一种步进电 2.3.2步进电机的基本原理 转速与方向。 要由两部分构成：定子和转 受数字信号，并转机及配套控制 2.3.3步进电机的基本参数 2.了解步进电机控制的基本原 子。它们均由磁性材料构成， 为对应的角位移器，结合实验室 2.3.4步进电机的特点与特 理。 以三相为例其定子和转子上 或线位移的特点， 所用PLC,设计 3. 掌握控制步进电机的编程方 分别有六个、四个磁极。 结合微型计算机 控制系统，完 2.3.5步进电机的测速方法 法。 2.调整两相步进电机通电 和微电子技术的 成步进电机的启 2.3步进电机 4 2.3.6步进电机控制系统设 4.了解单片机控制外部设备的 后的转动方向的方法，以及 发展，探讨步进电 停、正反转、加 控制系统 常用电路。 低速运转下克服振动和噪音 机的控制方法 速、匀速及减速 的方法。通常使用PLC输出 过程，占总成绩 脉冲，方向，脱机信号给驱 的5% 动器，由驱动器控制电机 3. 步进电机基本参数的计 算。 2.4.1伺服电机的工作原理 1.交流伺服电机与直流伺服电 交流伺服电机的机械特性及 在了解直流伺服针对同一工况， 2.4.2伺服电机的作用 机的控制方法以及技术要求。 调节特性的测量方法。以三 电机与交流伺服设计两种电机的 2.4.3交流伺服电机的结构 2.伺服电机相比交流电机的优 相异步电机为例。学握额定 电机的基础上，掌控制系统，占总 2.4伺服电机 和特性 缺点。 转矩、最大转矩与启动转矩 握两种电机的控成绩的5%。 控制系统 6 2.4.4直流伺服电机的运行 3.伺服电机的适用领域。 的关系。 制方法 特性、动态特性与时间常数 2.4.5伺服电机控制系统设
的机械特性。 3. 掌握无刷直流电机优点和工 作原理。 设计，首先画出系统硬 件组成图，然后选择主 控单元模块，隔离单元 模块，电机驱动模块， 过流保护模块，速度反 馈模块和通信模块。最 后使用 Protel 画出系统 仿真图。 功能或性能。 2.3 步进 电机 控制系统 4 2.3.1 步进电机的分类 2.3.2 步进电机的基本原理 2.3.3 步进电机的基本参数 2.3.4 步进电机的特点与特 性 2.3.5 步进电机的测速方法 2.3.6 步进电机控制系统设 计 1. 运用单片机控制步进电机的 转速与方向。 2. 了解步进电机控制的基本原 理。 3. 掌握控制步进电机的编程方 法。 4. 了解单片机控制外部设备的 常用电路。 1.拆装步进电机。步进机主 要由两部分构成：定子和转 子。它们均由磁性材料构成， 以三相为例其定子和转子上 分别有六个、四个磁极 。 2. 调整两相步进电机通电 后的转动方向的方法，以及 低速运转下克服振动和噪音 的方法。通常使用 PLC 输出 脉冲，方向，脱机信号给驱 动器，由驱动器控制电机。 3. 步进电机基本参数的计 算。 利用步进电机接 受数字信号，并转 为对应的角位移 或线位移的特点， 结合微型计算机 和微电子技术的 发展，探讨步进电 机的控制方法 选用一种步进电 机及配套控制 器，结合实验室 所用 PLC，设计 一控制系统 ，完 成步进电机的启 停、正反转、加 速、匀速及减速 过程，占总成绩 的 5%。 2.4 伺服 电机 控制系统 6 2.4.1 伺服电机的工作原理 2.4.2 伺服电机的作用 2.4.3 交流伺服电机的结构 和特性 2.4.4 直流伺服电机的运行 特性、动态特性与时间常数 2.4.5 伺服电机控制系统设 计 1. 交流伺服电机与直流伺服电 机的控制方法以及技术要求。 2. 伺服电机相比交流电机的优 缺点。 3. 伺服电机的适用领域。 交流伺服电机的机械特性及 调节特性的测量方法。以三 相异步电机为例。掌握额定 转矩、最大转矩与启动转矩 的关系。 在了解直流伺服 电机与交流伺服 电机的基础上，掌 握两种电机的控 制方法 针对同一工况， 设计两种电机的 控制系统，占总 成绩的 5%
3.1.1PLC分类 常用开关电器的工作原理、特 搜索总结当今运用比较 3.1.2PLC结构 点、应用场合和表示符号，电器 广泛的PLC型号并简单了解 3.1.3PLC发展状况和趋势 控制电路设计规范：可编程序控 它们之间的区别与优缺点。 3.1.4了解PLC输入电路的 制器的基本结构、原理，编程语 2.认知常见的PLC产品.世 类型和传感器输出信号的 言及指令系统。 界上PLC产品可按地域分成 形式 掌握源型与漏型输入区别，并重 三大流派：一个流派是美国 3.1.5了解PLC的几种输出 点了解西门子PLC源型与漏型 3.1PLC概述 产品，一个流派是欧洲产品 电路形式和他们的求别 输入与其他厂家PLC的区别 个流派是日本产品。重点 第三单 了解德国西门子公司PLC产 品。 元 PLC 3 画出实验中“步进电机运 控制系 动控制”PLC输入输出电路。 统 重点在所使用相应型号PLC 在了解西门子PLC 端子定义与接线。 3.2.1S7-200/300可编程序 1.熟悉S7-200/300系列的编程 1.学习S7-200/300系列软件 的基础上，学习其 的基本指令与编程方法 控制器的外部接线方法。 编程并进行仿真。 它品牌PLC,掌握 其不同点，及其相 3.2.2 STEP-Micro/WIN32 2.了解编程软件 2.运用编程软件用梯形图编 3.2PLC编程 编程软件功能 STEP-Micro/WIN32的编程环 写实验“步进电机运动控制 应的应用场合 境及使用方法。 的程序，并在实验台上编译 3.学握与、或、非逻辑功能的 运行。 编程方法。 3.3.1建立I/O映像区 掌握PLC工作原理，包括软件 1.工业控制应用，PLC控制 以所学基础知识 3.3.2循环扫描的工作方式 安装及硬件连接，通信参数的设 电机转向与速度来实现深孔 为依据设计基于 3.3.3PLC工程应用实例 置和修改。 钻组合机床钻头的进刀、退 PLC技术的小型 了解其工作方式，包括功能指令 3.3PLC的工作 刀与工作时长。 自动化生产线控 的使用与输入输出端口的分配： 原理及应用 10 2.电气控制应用，PLC控制 制系统，占总成 应用PLC进行工程实例设计。 步进电机来实现机械手精确 绩的5%。 横向、纵向移动抓放工件： 3.以上两个工程实例练习 首先规划好每个实验的具体
第三单 元 PLC 控制系 统 3．1 PLC 概述 2 3.1.1 PLC 分类 3.1.2 PLC 结构 3.1.3 PLC 发展状况和趋势 3.1.4 了解 PLC 输入电路的 类型和传感器输出信号的 形式 3.1.5 了解 PLC 的几种输出 电路形式和他们的求别 常用开关电器的工作原理、特 点、应用场合和表示符号，电器 控制电路设计规范；可编程序控 制器的基本结构、原理，编程语 言及指令系统。 掌握源型与漏型输入区别，并重 点了解西门子 PLC 源型与漏型 输入与其他厂家 PLC 的区别 1. 搜索总结当今运用比较 广泛的PLC型号并简单了解 它们之间的区别与优缺点。 2. 认知常见的 PLC 产品。世 界上PLC产品可按地域分成 三大流派：一个流派是美国 产品，一个流派是欧洲产品， 一个流派是日本产品。重点 了解德国西门子公司PLC产 品。 3. 画出实验中“步进电机运 动控制”PLC 输入输出电路。 重点在所使用相应型号 PLC 端子定义与接线。 在了解西门子 PLC 的基础上，学习其 它品牌 PLC，掌握 其不同点，及其相 应的应用场合 3.2 PLC 编程 8 3.2.1 S7-200/300 可编程序 的基本指令与编程方法 3.2.2 STEP-Micro/WIN32 的 编程软件功能 1. 熟悉 S7-200/300 系列的编程 控制器的外部接线方法。 2.了解编程软件 STEP-Micro/WIN32 的编程环 境及使用方法。 3. 掌握与、或、非逻辑功能的 编程方法。 1.学习 S7-200/300 系列软件 编程并进行仿真。 2.运用编程软件用梯形图编 写实验“步进电机运动控制” 的程序，并在实验台上编译 运行。 3.3 PLC 的工作 原理及应用 10 3.3.1 建立 I/O 映像区 3.3.2 循环扫描的工作方式 3.3.3 PLC 工程应用实例 掌握 PLC 工作原理，包括软件 安装及硬件连接，通信参数的设 置和修改。 了解其工作方式，包括功能指令 的使用与输入输出端口的分配。 应用 PLC 进行工程实例设计。 1. 工业控制应用，PLC 控制 电机转向与速度来实现深孔 钻组合机床钻头的进刀、退 刀与工作时长。 2. 电气控制应用，PLC 控制 步进电机来实现机械手精确 横向、纵向移动抓放工件。 3.以上两个工程实例练习， 首先规划好每个实验的具体 以所学基础知识 为依据设计基于 PLC 技术的小型 自动化生产线控 制系统，占总成 绩的 5%
步骤，然后根据每个步骤分 配输出输入端口，运用 autocad软件画出PLC输入 输出电路。根据相应端口编 写每一步的程序，最后运用 仿真实验台实验，验证。 介绍单片机最小系统及 了解单片机控制的基本概念。 设计位置跟随控制系统，并 通过网络查询控 控制系统组成原则、单片机 掌握单片机控制系统的特点、基 用汇编语言编写应用程序。 制器、传感器、驱撰写一篇小论 I/0引脚功能和特点。 本组成，单片机最小系统。 动器的新技术、新文，重点阐述位 4.1单片机I/0 4.1.1单片机控制系统概述 掌握I/0功能、特点及使用方 材料、新工艺，了 置跟随控制系统 引脚及单片机 4.1.2单片机I/0引脚功能 法。 解和学握单片机的设计思想、设 最小系统 和特点 控制位置跟随系计方案(5%)。 第四单 4.1.3单片机最小系统 统的方法。 元单片 机控制 系统 KeilC软件、proteus软件 4.2单片机应 软件的运行环境，软件结构 及基本使用方法。 学握Keil C软件和proteus软 设计8×8点阵屏控制系统 Proteus元件库中 1、8×8点阵屏 用系统开发仿 3 4.2.1 Keil C软件 件联调方法 用Keil C、proteus软件软 新元件符号的制 控制系统。 真工具 4.2.2 Proteus软件 件调试设计的体统。 作：PCB板制作。 4.3单片机外设 1、用互联网查找 扩展 了解单片机系统扩展设计的方 电子元器件及资 4.3.1单片机系 法，掌握器件（芯片）的协议和 料的方法： 统扩展设计思 正确建立系统模型： 时序，掌握元器件的选用。能够 设计速度控制系统 速度控制系统 3 2、通过网络查询 科学、合理划分软件功能： (5%)。 路和方法 根据系统要求合理规划系统结 飞思卡尔公司的 4.3.2元器件的 构，设计具有一定性价比应用系 主要产品： 选用原则和方 统 3、掌握申请样片 及网上采购电子
步骤，然后根据每个步骤分 配 输 出 输 入 端 口 ， 运 用 autocad 软件画出 PLC 输入/ 输出电路。根据相应端口编 写每一步的程序，最后运用 仿真实验台实验，验证。 第四单 元 单片 机控制 系统 4.1 单片机 I/O 引脚及单片机 最小系统 2 介绍单片机最小系统及 控制系统组成原则、单片机 I/O 引脚功能和特点。 4.1.1 单片机控制系统概述 4.1.2 单片机 I/O 引脚功能 和特点 4.1.3 单片机最小系统 了解单片机控制的基本概念。 掌握单片机控制系统的特点、基 本组成 ，单片机最小系统。 掌握 I/O 功能、特点及使用方 法。 设计位置跟随控制系统，并 用汇编语言编写应用程序。 通过网络查询控 制器、传感器、驱 动器的新技术、新 材料、新工艺，了 解和掌握单片机 控制位置跟随系 统的方法。 撰写一篇小论 文，重点阐述位 置跟随控制系统 的设计思想、设 计方案（5%）。 4.2 单片 机应 用系统开发仿 真工具 2 Keil C 软件、proteus 软件 软件的运行环境，软件结构 及基本使用方法。 4.2.1 Keil C 软件 4.2.2 Proteus 软件 掌握 Keil C 软件和 proteus 软 件联调方法 设计 8×8 点阵屏控制系统， 用 Keil C、proteus 软件软 件调试设计的体统。 Proteus 元件库中 新元件符号的制 作；PCB 板制作。 1、8×8 点阵屏 控制系统。 4.3 单片机外设 扩展 4.3.1 单片机系 统扩展设计思 路和方法 4.3.2 元器件的 选用原则和方 法 3 正确建立系统模型； 科学、合理划分软件功能； 了解单片机系统扩展设计的方 法，掌握器件（芯片）的协议和 时序，掌握元器件的选用。能够 根据系统要求合理规划系统结 构，设计具有一定性价比应用系 统。 设计速度控制系统 1、用互联网查找 电子元器件及资 料的方法； 2、通过网络查询 飞思卡尔公司的 主要产品； 3、掌握申请样片 及网上采购电子 速度控制系统 （5%）
元器件方法。 4.4单片机定时 /计数器 4.4.1定时/计 定时/计数器的结构和工作 了解定时/计数器的结构和工作 数器的结构 原理： 原理： 学握定时/计数器的初始化方 脉冲宽度调制器 4.4.2定时/计 3 定时/计数器的工作方式和 脉冲宽度调制器设计 步进电机设计 法： 设计(5%)。 数器工作原理 特点： 掌握定时/计数器的编程方法 4.4.3定时/计 数器的编程方 法 4.5单片机中断 系统 4.5.1中断系 中断系统的结构和工作原 了解中断系统的结构和工作原 用时钟芯片（如 统结构 理： 理： DS1302等)设计 传送带产品计数 传送带产品计数系统设计 4.5.2中断系 中断系统的工作方式和特 学握中断系统的初始化方法 个带定时功能的 系统设计(5%)。 统工作原理 点 掌握中断系统的编程方法。 数字时钟。 4.5.3中断系 统编程方法 4.6单片机串行 通信 了解串行通信的结构和工作原 1、单片机与上位 1、I2C总线通信系 4.6.1串行通信 串行通信的结构和工作原 理： 概念 理： 掌握串行通信波特率的设置方 单片机与上位机通信系统设 统设计： 机通信系统设 3 2、USB与PC通信 计： 4.6.2串行通信 串行通信的工作方式和特 计 2、USB与P℃通 (虚拟串口)通信 协议 掌握串行通信的初始化方法： 信（虚拟串口） 掌握串行通信的编程方法。 系统设计。 4.6.3串行通信 通信系统设计。 编程方法 第五单 5.1计算机控制 介绍计算机控制系统的结 了解计算机控制的基本概念。明 课外通过网络搜索计算机控 运用计算机技术 元计算 系统概述 构、特点及应用现状 确计算机控制技术对于机电控 制技术在典型机电产品中的 的相关内容对以 机控制 5.1.1计算机挖 制系统的重要意义。 应用情况，并举例说明其结 前的课程设计内 系统 制系统组成 学握计算机控制系统的特点、基 构组成。 容进行重新规划
元器件方法。 4.4 单片机定时 /计数器 4.4.1 定时/计 数器的结构 4.4.2 定时/计 数器工作原理 4.4.3 定时/计 数器的编程方 法 3 定时/计数器的结构和工作 原理； 定时/计数器的工作方式和 特点； 了解定时/计数器的结构和工作 原理； 掌握定时/计数器的初始化方 法； 掌握定时/计数器的编程方法 脉冲宽度调制器设计 步进电机设计 脉冲宽度调制器 设计（5%）。 4.5 单片机中断 系统 4.5.1 中断系 统结构 4.5.2 中断系 统工作原理 4.5.3 中断系 统编程方法 3 中断系统的结构和工作原 理； 中断系统的工作方式和特 点 了解中断系统的结构和工作原 理； 掌握中断系统的初始化方法 掌握中断系统的编程方法。 传送带产品计数系统设计 用时钟芯片 ( 如 DS1302 等)设计一 个带定时功能的 数字时钟。 传送带产品计数 系统设计（5%）。 4.6 单片机串行 通信 4.6.1 串行通信 概念 4.6.2 串行通信 协议 4.6.3 串行通信 编程方法 3 串行通信的结构和工作原 理； 串行通信的工作方式和特 点 了解串行通信的结构和工作原 理； 掌握串行通信波特率的设置方 法； 掌握串行通信的初始化方法； 掌握串行通信的编程方法。 单片机与上位机通信系统设 计 1、I2C 总线通信系 统设计； 2、USB 与 PC 通信 （虚拟串口）通信 系统设计。 1、单片机与上位 机通信系统设 计； 2、USB 与 PC 通 信（虚拟串口） 通信系统设计。 第五单 元 计算 机控制 系统 5.1 计算机控制 系统概述 5.1.1 计算机控 制系统组成 2 介绍计算机控制系统的结 构、特点及应用现状 了解计算机控制的基本概念。明 确计算机控制技术对于机电控 制系统的重要意义。 掌握计算机控制系统的特点、基 课外通过网络搜索计算机控 制技术在典型机电产品中的 应用情况，并举例说明其结 构组成。 运用计算机技术 的相关内容对以 前的课程设计内 容进行重新规划
5.1.2智能控制 本组成和分类。 为下一步方案设 系统 了解计算机控制技术在机电控 计和优化设计打 制系统中的应用和发展。 下基础。 5.2采样控制 了解采样定理，了解模拟数 掌握AD、D八A的工作原理及常 按照课本内容设计一A1D、 利用单片机最小 针对学生设计的 系统 字转换器(ADC)与数字模拟 用器件的工作电路，能够根据所 D八A接口电路，并完成相应 系统，完成一多路 采样电路，重点 5.2.1采样过程 转换器(DAC),学握AD及 选AD、DLA芯片资料，完成 初始化程序的编写 AD采样电路的 从方案设计和绘 与采样定理 DA的典型电路设计及对模 相应的电路设计及初始化程序 设计，并利用C语 图能力以及程序 5.2.2模拟数字 块的初始化过程 的编写 言编写采样程序 编写进行考察打 转换器(ADC)、 分，给出本部分 数字模拟转换 成绩，其占总成 器(DAC) 绩的10% 5.3.计算机控 6 介绍有限拍控制系统设计 主要学习计算机控制系统控制 结合课本习题，设计一典型 结合计算机控制针对学生设计的 制系统的离散 器的离散设计方法及过程，重点 二阶对象的有限拍无波纹控 试验箱，完成对温 最小拍无波纹控 化设计 的方法、W变换法和大林算 掌握有限拍无波纹系统的设计 度控制单元的最 制器，重点设计 5.3.1有限拍控 法，重点介绍有限拍无波纹 及其数字控制器的实现 制器，并通过C语言完成该 小拍无波纹控制 过程、程序编写 制系统设计 系统设计的过程及数字控 控制器的程序编写 器的设计，并通过 及仿真结果给出 5.3.2有限拍无 制器的实现方法 仿真来检验控制 本部分成绩，其 波纹系统设计 效果 占总成绩的10% 5.3.3w变换法 5.3.4数字控 制器的实现 5.4计算机控制 4 计算机控制系统的设计要 系统设计 5.4.1计算机控 计算机控制系统的设计步 制系统设计的 % 基本要求 5.4.2设计步骤 第六单61机械系统 在前面章节的基础上，采用 明确机械综合系统设计的内容 项目1：上料机械手气动控 聘请专家对学生 元 综合机械设计 项目的形式进行机电系统 和步骤。 制系统设计 所设计的实物控 机电控6.2机电综合 综合设计的机械和电气控 重点掌握机电控制系统的综合 项目2：校直切断机机电与 制系统进行提
5.1.2 智能控制 系统 本组成和分类。 了解计算机控制技术在机电控 制系统中的应用和发展。 为下一步方案设 计和优化设计打 下基础。 5.2 采样控制 系统 5.2.1 采样过程 与采样定理 5.2.2 模拟数字 转换器(ADC)、 数字模拟转换 器(DAC) 2 了解采样定理，了解模拟数 字转换器(ADC)与数字模拟 转换器(DAC)，掌握 AD 及 DA 的典型电路设计及对模 块的初始化过程 掌握 A\D、D\A 的工作原理及常 用器件的工作电路，能够根据所 选 A\D 、D\A 芯片资料，完成 相应的电路设计及初始化程序 的编写 按照课本内容设计一 A\D 、 D\A 接口电路，并完成相应 初始化程序的编写 利用单片机最小 系统，完成一多路 A\D 采样电路的 设计，并利用 C 语 言编写采样程序 针对学生设计的 采样电路，重点 从方案设计和绘 图能力以及程序 编写进行考察打 分，给出本部分 成绩，其占总成 绩的 10% 5.3. 计算机控 制系统的离散 化设计 5.3.1 有限拍控 制系统设计 5.3.2 有限拍无 波纹系统设计 5.3.3 w 变换法 5.3.4 数字控 制器的实现 6 介绍有限拍控制系统设计 的方法、W 变换法和大林算 法，重点介绍有限拍无波纹 系统设计的过程及数字控 制器的实现方法 主要学习计算机控制系统控制 器的离散设计方法及过程，重点 掌握有限拍无波纹系统的设计 及其数字控制器的实现 结合课本习题，设计一典型 二阶对象的有限拍无波纹控 制器，并通过 C 语言完成该 控制器的程序编写 结合计算机控制 试验箱，完成对温 度控制单元的最 小拍无波纹控制 器的设计，并通过 仿真来检验控制 效果 针对学生设计的 最小拍无波纹控 制器，重点设计 过程、程序编写 及仿真结果给出 本部分成绩，其 占总成绩的 10% 5.4 计算机控制 系统设计 5.4.1 计算机控 制系统设计的 基本要求 5.4.2 设计步骤 4 计算机控制系统的设计要 求 计算机控制系统的设计步 骤 第六单 元 机电控 6.1 机械系统 综合机械设计 6.2 机电综合 6 在前面章节的基础上，采用 项目的形式进行机电系统 综合设计的机械和电气控 明确机械综合系统设计的内容 和步骤。 重点掌握机电控制系统的综合 项目 1：上料机械手气动控 制系统设计 项目 2： 校直切断机机电与 聘请专家对学生 所设计的实物控 制系统进行提